高可用度長壽命并聯(lián)型風電變流器研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源短缺日益嚴重，風能作為常見的可再生潔凈能源，在近年來得到了充分的開發(fā)和廣泛的應用，風力發(fā)電技術也在世界范圍內得到了巨大的發(fā)展。隨著陸上資源的開發(fā)，可再開發(fā)的風能資源有限，與陸上風電場相比，海上風電場具有風資源持續(xù)穩(wěn)定、風速高、發(fā)電量大、不占用土地資源、環(huán)境噪音和視覺影響小等特點，因此，海上風電已成為未來風電發(fā)展的重要選擇。然而海上風電機組容量大、工作環(huán)境惡劣、維修困難等特點，在可靠性方面對機組提出了更高的要求，變流器是

2、風電機組的關鍵部件，設計高可靠性的變流器至關重要。由于鼠籠式感應電機的高可靠性、強魯棒性，同時全功率變流器解耦電機與電網(wǎng)，在一定程度上解耦機械傳動部分和電網(wǎng)的交互，有利于提高機械部分的可靠性。本文將立足于鼠籠感應發(fā)電機(Squirrel Cage InductionGenerator，SCIG)的全功率風力發(fā)電機組展開研究?；谠摍C組類型，研究面向高可靠性的風電變流器拓撲、調制以及控制策略。本文的主要工作:
　　1)基于半導體器件

3、物理失效機理的可靠性評估方法對風力發(fā)電變流器的可靠性進行評估。量化分析風能的波動性和間歇性對變流器的故障率以及壽命的影響，為提升風電變流器設計的可靠性提供理論依據(jù)。
　　2)基于高可用度的設計，提出具有冗余功能的系統(tǒng)級并聯(lián)風電變流器拓撲結構，并對該拓撲結構進行可靠性評估，并提出經(jīng)濟最優(yōu)化的N+X并聯(lián)型風電變流器冗余設計方法。針對并聯(lián)型這種復雜大規(guī)模電力電子裝置有提出了高可靠的分布式控制系統(tǒng)的設計方法。同時研究并聯(lián)型風電變流器的運行

4、、控制與保護控制策略，實現(xiàn)變流器故障重構后風電機組限功率再運行。
　　3)從降低功率器件平均結溫可以延長變流器壽命的可靠性機理出發(fā)，提出基于DPWM的交錯并聯(lián)調制方式，最大化地減小功率開關損耗，從而降低其平均結溫，提高變流器的可靠性。本文又分析了采用基于DPWM的交錯并聯(lián)方式而引起的諧波偏大以及零序環(huán)流問題，針對新出現(xiàn)的問題提出優(yōu)化調制與控制策略，從而在保證風電變流器性能的情況下，火幅提高變流器的可靠運行能力。
　　4)提出

5、了并聯(lián)型變流器中子系統(tǒng)間無功環(huán)流和正交環(huán)流的熱控制技術，研究了風電變流器兩種基于熱控制的狀態(tài)控制方法。首先從平滑功率器件結溫波動可以延長變流器壽命的可靠性機理出發(fā)，以平滑結溫波動為目標，提出了基于環(huán)流熱控制技術實現(xiàn)結溫波動平滑控制。再次針對由于風能的突降將造成柜內凝露現(xiàn)象，通過減緩結溫下降速度為目標的基于環(huán)流熱控制技術，可以防止凝露現(xiàn)象，從而降低變流器的故障率，亦提升了變流器的可靠性。
　　本文對上述提出的控制策略及調制方法進行了